(57)【要約】【課題】小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない圧電デバイスを提供すること。【解決手段】ベース基体５４と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片５５と、該枠付き振動片に積層固定されるリッド５６とを含む圧電デバイスであって、前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドとが全て同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されており、互いの接合面が表面活性化接合により接合されることで、真空封止されている。【選択図】図１
2007258917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基体と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片と、該枠付き振動片に積層固定されるリッドとを含む圧電デバイスであって、
前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドとが全て同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されており、互いの接合面が表面活性化接合により接合されることで、真空封止されている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドとが全て同一のカットアングルを持つ水晶により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記枠付き振動片が、圧電振動片部分と、該圧電振動片部分の周囲を囲むように形成された枠部とを備えており、
前記圧電振動片部分である振動片本体が、前記枠部の内側で、該枠部を構成する辺の内側から延びる基部と、
前記基部から延びる複数の振動腕と
を有し、
前記複数の振動腕には、その主面の長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備えた長溝が設けられており、
前記各振動腕の幅寸法が、前記基部側から先端側に向かって、徐々に縮幅する縮幅部を有するとともに、前記先端側には前記幅寸法が、先端側に向かって等しい寸法で延びるか、もしくは増加に転じる幅変化の変更点Ｐがあり、前記変更点Ｐを、前記長溝の先端部よりもさらに振動腕先端側に位置させるようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記各振動腕の幅寸法が、前記振動腕の前記基部に対する付け根の箇所で、先端側に向かって急激に縮幅する第１の縮幅部と、この第１の縮幅部の終端から、前記縮幅部として、さらに先端側に向かって、徐々に縮幅する第２の縮幅部とを有することを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記基部には、幅方向に縮幅して形成した切り込み部を備えることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記切り込み部が、前記各振動腕の付け根から前記腕幅の寸法の１．２倍以上の距離を離して前記基部に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記基部には、前記枠部が前記基部と一体に接続されている箇所よりも前記振動腕寄りの位置に、貫通孔を設けたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記各振動腕の側面に、プラスＸ軸（電気軸）方向に突出する異形部が５μｍ以下の大きさで形成されていることを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記各振動腕の前記長溝の幅寸法の中心位置が、腕幅寸法の中心位置よりもマイナスＸ軸方向に偏心されていることを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
各層とも同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されており、それぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、
これらベース基体層と、素子層と、リッド層の各接合面の表面活性化をする工程と、
前記各層を積層して加圧することにより接合する工程と、
前記積層固定後に、前記各製品の大きさに切断する切断工程と
を含む
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記積層して加圧する工程が真空中で行われ気密封止を行うことを特徴とする請求項１０に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記積層して加圧する工程が大気中で行われ、その後、真空中で孔封止することにより気密封止されることを特徴とする請求項１０に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記接合面へのプラズマ照射が、前記素子層と前記ベース基体層もしくは前記素子層と、前記リッド層の相互の接合面に先行して真空中で照射され、これらを大気中でアライメントし、接合する接合工程を実施した後で、残りの層との接合面に真空中で前記プラズマを照射して、大気中でアライメントし、その後真空中で接合工程を行うことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図１３は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である。
【０００３】
図において、圧電振動片１は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ（図示せず）等に取付けられる矩形の基部２と、基部２から図において上方に延長された一対の振動腕３，４を備えており、これら振動腕の主面（表裏面）に長溝３ａ，４ａを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである（特許文献１参照）。
このような圧電振動片１においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕３，４の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
【０００４】
ところで、このような圧電振動片１は、基部２の符号５，６で示す箇所に引出し電極が形成され、この部分に接着剤７，８を塗布して、例えば箱形の矩形のセラミック製パッケージの内側底面に接合固定されることで、収容されている。
そして、この接着剤による接合固定後に、圧電振動片を構成する材料と、パッケージなどの材料の線膨張係数の相違などに起因して残る残留応力が、振動腕の屈曲振動を妨げないように、基部２に切り込み部９，９を形成するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５
【特許文献２】特開２０００−６８７８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような、圧電振動片１においては、小型化が進められた結果、振動腕３，４の腕幅Ｗ１，Ｗ１がそれぞれ１００μｍ程度、これらの間の距離ＭＷ１が１００μｍ程度、基部２の幅ＢＷ１が５００μｍ程度である。そして、これらの部位の小寸法化を進め、これに対応して、基部の長さＢＬ１も小寸法とされることで、圧電振動片１の小型化が進められている。
このような小型の圧電振動片１においてはきわめて小型の圧電振動片１を、振動腕の先端が下降して、底面に接する等の不都合なくセラミックパッケージに接合すること自体が困難になってきている。
また、基部２の符号５，６で示す箇所を固定することにより、接合される圧電振動片１は、デバイスの落下衝撃により損傷しやすく、これをできるだけ防止しようとして基部２に塗布する接着剤７，８の量を増やすと、振動腕の屈曲振動を妨げ、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇してしまったり、ドライブ特性が悪化したりする。
【０００７】
そこで、このような事態を回避する方法として、例えば特許文献２に開示されている手法も以前より知られている。
特許文献２は特許文献１よりも以前に開示された文献であるが、この文献においては、凹部を有するガラス製のケース７０に外枠５０を一体に形成した水晶振動子片６０を重ね、さらにガラス製の蓋１０を重ねて、これらを陽極接合する技術である（特許文献２、図１、図３参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献２は陽極接合技術を用いることから、水晶製の枠付き振動子を、材質の異なるガラスで挟み込んで接合するものであり、熱膨張係数が異なるもの同士が接合されることにより、該接合部には応力が残留し、特性悪化要因となるものである。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、第１の発明にあっては、ベース基体と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片と、該枠付き振動片に積層固定されるリッドとを含む圧電デバイスであって、  前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドとが全て同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されており、互いの接合面が表面活性化接合により接合されることで、真空封止されている圧電デバイスにより、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、この発明の圧電デバイスは圧電振動片を納めるパッケージが前記ベース基体と、その上に重ねられる枠付き振動片の枠部分とにより形成され、その上にリッドを重ねて気密に封止する構造である。
このため、圧電振動片は、枠部に一体に形成されているから、パッケージに接着剤などを用いて固定する必要がなく、小型に形成しても接合の困難さはない。
また、ベース基体と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片と、該枠付き振動片に積層固定されるリッドが同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されているから、これらを積層状態で接合した場合にも温度環境の変化により接合部に応力がかかることもない。
しかも、前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドの各接合面に、例えばプラズマを照射することにより、該接合面の表面を活性化（表面活性化接合）させることで、同じ材料どうしでも適切に接合できる。
かくして、小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない圧電デバイスを提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記ベース基体と、前記枠付き振動片と、前記リッドとが全て同一のカットアングルを持つ水晶により形成されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記枠付き振動片を所定のカットアングルを持つ水晶で形成することにより、その圧電効果によって、適切な圧電作用を発揮する圧電振動片を得ることができる。そして、リッドとベース基体をこの枠付き振動片と同じカットアングルの水晶とすることで、熱に対する線膨張係数などの種々の特性が一致したものとなり、互いに接合する上で、余計な応力による歪みが残らないなどの好ましい特性を得ることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１または２の発明のいずれかの構成において、前記枠付き振動片が、圧電振動片部分と、該圧電振動片部分の周囲を囲むように形成された枠部とを備えており、前記圧電振動片部分である振動片本体が、前記枠部の内側で、該枠部を構成する辺の内側から延びる基部と、前記基部から延びる複数の振動腕とを有し、前記複数の振動腕には、その主面の長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備えた長溝が設けられており、前記各振動腕の幅寸法が、前記基部側から先端側に向かって、徐々に縮幅する縮幅部を有するとともに、前記先端側には前記幅寸法が、先端側に向かって等しい寸法で延びるか、もしくは増加に転じる幅変化の変更点Ｐがあり、前記変更点Ｐを、前記長溝の先端部よりもさらに振動腕先端側に位置させるようにしたことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、振動腕に形成した前記長溝に駆動用の電極（励振電極）を形成すると、電界効率が向上する。しかもこの長溝を形成した場合に、その腕幅に関して、前記基部側から先端側に向かって、徐々に縮幅するとともに、前記先端側には前記幅寸法が増加に転じる幅変化の変更点Ｐを設けることにより、ＣＩ値を抑制しつつ、２次の高調波における発振の防止をすることができる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記各振動腕の幅寸法が、前記振動腕の前記基部に対する付け根の箇所で、先端側に向かって急激に縮幅する第１の縮幅部と、この第１の縮幅部の終端から、前記縮幅部として、さらに先端側に向かって、徐々に縮幅する第２の縮幅部とを有することを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、第１の縮幅部の終端から、さらに先端側に向かって、前記振動腕の腕幅が徐々に縮幅するようにした前記第２の縮幅部を設けるとともに、前記先端側には前記幅寸法が増加に転じる幅変化の変更点Ｐを設けることにより、ＣＩ値を抑制しつつ、２次の高調波における発振の防止をすることができる。
しかも、前記振動腕の前記基部に対する付け根の箇所で、先端側に向かって急激に縮幅する第１の縮幅部を有しているので、振動腕が屈曲振動する際に、最も大きな応力が作用し、歪みが大きくなる付け根部分の剛性を向上させることができる。これにより、振動腕の屈曲振動が安定し、不要な方向への振動成分が抑制されるので、一層ＣＩ値を低減させることができる。すなわち、圧電振動片を小型化する上で、安定した屈曲振動を実現し、ＣＩ値を低く抑えることができる。
【００１５】
第５の発明は、第３または４のいずれかの発明の構成において、前記基部には、幅方向に縮幅して形成した切り込み部を備えることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記基部の側縁の一部を幅方向に縮幅して形成した切り込み部を備えることにより、振動腕の屈曲振動による振動漏れが前記基部を介して、枠部に及ぶことを抑制し、ＣＩ値の上昇を防止もしくは一層確実に防止することができる。
【００１６】
第６の発明は、第５の発明の構成において、前記切り込み部が、前記各振動腕の付け根から前記腕幅の寸法の１．２倍以上の距離を離して前記基部に形成されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、音叉型振動片の振動腕が屈曲振動する際に、その振動漏れが伝えられる範囲について、振動腕の腕幅寸法Ｗ２と相関があることに鑑み、前記切り込み部が設けられる位置について、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Ｗ２を超える位置とした。これによって、切り込み部は、振動腕からの振動漏れが、基部側に伝搬することを、より確実に抑制することができる構造とすることができる。これにより、振動腕側から基部側への振動の漏れ込みを適切に防止して、ドライブレベル特性が良好な圧電デバイスを提供することができる。
【００１７】
第７の発明は、第３ないし６のいずれかの発明の構成において、前記基部には、前記枠部が前記基部と一体に接続されている箇所よりも前記振動腕寄りの位置に、貫通孔を設けたことを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、前記枠部が前記基部に対して一体に接続されている接続部よりも前記振動腕寄りの位置に貫通孔を設けたことにより、貫通孔の代わりに基部の側縁に切り込み部を深く形成することに比べて、基部の剛性を大きく低下させることなく、より一層振動漏れを抑制することができる。
【００１８】
第８の発明は、第３ないし７のいずれかの発明の構成において、前記各振動腕の側面に、プラスＸ軸（電気軸）方向に突出する異形部が５μｍ以下の大きさで形成されていることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、圧電振動片の外形形成をウエットエッチングにより行う場合に、エッチング異方性により生成される前記異形部が５μｍ以下と、最小となるように形成したから、振動腕の屈曲振動を安定したものとすることができる。
【００１９】
第９の発明は、第３ないし８のいずれかの発明の構成において、前記各振動腕の前記長溝の幅寸法の中心位置が、腕幅寸法の中心位置よりもマイナスＸ軸方向に偏心されていることを特徴とする。
第９の発明の構成によれば、枠付き振動片を形成する過程において、そのエッチング異方性により、前記振動腕に設けた前記長溝を両側から挟む壁部の厚みが相違し、マイナスＸ側の方が厚い。このため、長溝の幅寸法の中心位置は、従来の形成位置では振動腕の幅方向の重心位置を通らないことになり、振動腕の屈曲振動を阻害してしまう。
そこで、長溝の幅寸法の中心位置をマイナスＸ軸方向に偏心させること、すなわち長溝の幅寸法の中心位置をマイナスＸ軸方向にずらすことにより、長溝の幅寸法の中心位置は、より振動腕の幅方向の重心位置に接近し、振動腕の左右の重量バランスを調整することができる。これにより、圧電振動片を小型にして、長溝の溝幅を小さくし、かつヒレを小さくしても、振動腕の安定した屈曲振動を実現でき、ドライブ特性に優れた圧電デバイスを提供することができる。
【００２０】
また、上記目的は、第１０の発明にあっては、各層とも同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されており、それぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、これらベース基体層と、素子層と、リッド層の各接合面の表面活性化をする工程と、前記各層を積層して加圧することにより接合する工程と、前記積層固定後に、前記各製品の大きさに切断する切断工程とを含む圧電デバイスの製造方法により、達成される。
【００２１】
第１０の発明によれば、ベース基体層と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片を構成するための素子層と、これに接合されるリッド層とが同じ材料もしくは線膨張係数がきわめて近似した材料で形成されているから、これらを積層状態で接合した場合にも温度環境の変化により接合部に応力がかかることもない。
しかも、前記ベース基体層と、素子層と、リッド層の各接合面に予めプラズマ等を照射することにより、該接合面の表面を活性化させることで、同じ材料どうしでも適切に接合する構造を実現することができる。そして、接合後ダイシングなどによる前記切断工程を実行することで、効率よく生産でき、しかも、小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない製造方法を提供することができる。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明において、前記積層して加圧する工程が真空中で行われ気密封止を行うことを特徴とする。
第１１の発明の構成によれば、真空下で加圧接合して、パッケージもしくはケース内を高い精度で真空封止することにより、収容される圧電振動片の振動性能が損なわれることがないから、実用レベルの低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を達成することができる。
【００２３】
第１２の発明は、第１０の発明の構成において、前記積層して加圧する工程が大気中で行われ、その後、真空中で孔封止することにより気密封止されることを特徴とする。
第１２の発明の構成によれば、加圧し、接合する工程を大気中で行うことができれば、真空装置を用いない分、工程の設備が簡単になり、実行が容易となる。そして、真空中で孔封止することによって、パッケージもしくはケース内を一層高い真空度で気密封止することができる。
【００２４】
第１３の発明は、第１０ないし１２のいずれかの発明の構成において、前記接合面へのプラズマ照射が、前記素子層と前記ベース基体層もしくは前記素子層と、前記リッド層の相互の接合面に先行して真空中で照射され、これらを大気中でアライメントし、接合する接合工程を実施した後で、残りの層との接合面に真空中で前記プラズマを照射して、大気中でアライメントし、その後真空中で接合工程を行うことを特徴とする。
第１３の発明の構成によれば、プラズマ照射と接合工程を完全に分離できるため、同一の装置で、これらの工程を連続して行う手法に比べて、装置規模が小さくて済み、それぞれの工程の能力に見合った装置を用意すれば、効率的な生産が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の圧電デバイスの一実施形態を示しており、図１はその概略縦断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ５７内に圧電振動片を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、絶縁基体であるベース基体５４と、このベース基体５４の上に積層固定された枠付き振動片５５と、この枠付き振動片５５の上に積層固定されたリッド５６とを有している。
【００２６】
上記パッケージ５７は、この圧電デバイス３０では、圧電振動片を気密に収容するもので、ベース基体５４と、枠付き振動片５５の枠部分と、リッド５６を含んで構成されている。これらベース基体５４と、枠付き振動片５５の枠部分と、リッド５６の外形は一致している。
ベース基体５４は、絶縁基体であり、後述する絶縁材料で形成されている。このベース基体５４は、パッケージ５７の底部を形成するものである。
【００２７】
枠付き振動片５５は、圧電材料で形成されている。この枠付き振動片５５を形成するもので、圧電材料として、本実施形態では、水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この実施形態では特に、水晶Ｚ板でなるウエハが使用されている。水晶のカットアングルについては後で詳しく説明する。
この枠付き振動片５５は、図２（ａ）にその概略平面図が、図２（ｂ）にその概略底面（裏面）図が示されている。
これらの図において、枠付き振動片５５は、本実施形態の場合、例えば、一方向に長い矩形の枠部５３と、この枠部５３の内側において、該枠部５３の一辺から内方に向かって一体に延びるように形成された基部５１と、この基部５１から、図において左方に平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
【００２８】
各振動腕には例えば長溝が形成され、該長溝内には、駆動電極として励振電極が形成されている。各長溝内の励振電極は互いに対をなし、互いに異極として機能する電極で、振動片本体３２の内部に効率よく電界を形成するものである。また、各振動腕３５，３６の先端側には、後述する周波数調整（微調）用の錘付けである金属被膜２１，２１が形成されている。
【００２９】
リッド５６は、蓋体であり、枠付き振動片５５の上に後述するように固定され、振動片本体３２を収容した空間を気密に封止するものである。
特に本実施形態では、リッド５６は、好ましくは、周波数調整用の光（たとえばレーザ光）が透過される材料が選択されており、透明材料が適している。リッド５６は、後述するように形成され、たとえば水晶Ｚ板で形成されると、接合対象としての枠付き振動片５５と同じ材料とすることができ、線膨張係数が同じになることから、好ましい。それ以外には、例えば高膨張のガラスもしくは高膨張のガラスセラミックスを用いることができる。なお、ベース基体５４にも同様の材料を用いることができる。
リッド５６には図１に示すように内側に凹部５６ａと、凹部５６ａから内方（下方）に突出する緩衝用凸部２９が設けられている。凹部５６ａは内側全体に形成され、パッケージ５７の内部空間Ｓの上部を構成している。なお、緩衝用凸部２９は、振動片本体３２が外部からの衝撃などにより上方に振れた際にリッド５６の内面に衝突して損傷するのを防止するために、その大きな振れを阻止するものである。
【００３０】
上記枠付き振動片５５については、図４に詳しい平面図が示されており、図５は、図４のＡ−Ａ線切断端面図、図６は図４のＢ−Ｂ線切断端面図である。
これらの図を参照して、枠付き振動片５５の圧電振動片部分である振動片本体３２を特に詳しく説明する。
この振動片本体３２は、図４に示すように、基部５１と、この基部５１の一端（図において上端）から、上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
各振動腕３５，３６の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３４をそれぞれ形成し、図６に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極３７，３８が設けられている。
【００３１】
好ましくは、各振動腕３５，３６の先端部は、ややテーパ状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされてもよい。これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。
このような振動片本体３２の音叉状の外形を含む枠付き振動片５５および各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
【００３２】
図６に示すように、励振電極３７，３８は、長溝３３，３４内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極３７，３８は、それぞれ引出し電極３７ａ，３８ａとして、基部５１に引き回されているが、枠部５３には引き回されていない。なお、圧電デバイス３０を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、振動片本体３２に伝達されるための接続については、後で詳しく説明する。
この実施形態では、後述する構造により、長溝３３，３４内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時における各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
【００３３】
この場合、図６に示すように、各励振電極３７，３８はクロス配線により、交流電源に接続されており、電源から駆動電圧としての交番電圧が、各振動腕３５，３６に印加されるようになっている。
これにより、振動腕３５，３６は互いに逆相振動となるように励振され、基本モード、すなわち、基本波において、各振動腕３５，３６の先端側を互いに接近・離間させるように屈曲振動されるようになっている。
ここで、例えば、振動片本体３２の基本波は、Ｑ値：１２０００、容量比（Ｃ０／Ｃ１）：２６０、ＣＩ値：５７ｋΩ、周波数：３２．７６８ｋＨｚ（「キロヘルツ」、以下同じ）である。
また、２次の高調波は、例えば、Ｑ値：２８０００、容量比（Ｃ０／Ｃ１）：５１００、ＣＩ値：７７ｋΩ、周波数：２０７ｋＨｚである。
【００３４】
図３はベース基体を示しており、該ベース基体５４は、図３（ａ）にその概略平面図が、図３（ｂ）にその概略底面（裏面）図が示されている。
ベース基体５４は、リッドおよび枠付き振動片と同じ材料で板状に形成されている。
図３（ａ）および図１に示すように、ベース基体５４の表面はパッケージ５７の内側底面となるものである。
ベース基体５４には図１に示すように内側に凹部５４ａと、凹部５４ａから内方（上方）に突出する緩衝用凸部２８が設けられている。凹部５４ａは内側全体に形成され、パッケージ５７の内部空間Ｓの下部を構成している。なお、緩衝用凸部２８は、振動片本体３２が外部からの衝撃などにより下方に振れた際にベース基体５４の内面に衝突して損傷するのを防止するために、その大きな振れを阻止するものである。
図３（ａ）に示すように、ベース基体５４の表面の長さ方向の端部付近には、電極部２３が形成されている。また、ベース基体５４の表面の長さ方向の反対側の端部には、電極部２４，２５が並列的に形成されている。電極部２４と電極部２３は導電パターン２４ａにより電気的に接続されている。
【００３５】
図１および図２（ｂ）に示すように、ベース基体５４の裏面には、その長さ方向の各端部に、実装電極２６，２７がそれぞれ形成されている。
また、図３（ａ）および図１を参照して理解されるように、ベース基体５４の電極部２３に設けた導電スルーホール２３ａにより、該電極部２３は実装電極２７と電気的に接続され、ベース基体５４の電極部２４に設けた導電スルーホール２４ａにより、該電極部２４は実装電極２６と電気的に接続されている。
また、ベース基体５４の中央には、好ましくは、貫通孔２２が形成されている。該貫通孔２２は、図１に示すように、外部に向かって徐々に拡径しており、後述するように、製造工程では孔封止用の貫通孔として機能する。すなわち、貫通孔２２を介して接合時の内部ガスなどを排出した後で、該貫通孔２２を金属充填材などで塞ぐことで、内部気密に封止するようになっている。この貫通孔２２は省略してもよいが、後述する第３の実施形態で説明するように、孔封止工程を実行するためには必要となる。
【００３６】
図１および図２（ｂ）に示すように、振動片本体３２の引出し電極３７ａとベース基体５４の電極部２４の間には金属バンプ５１ａが介在されている。つまり、振動片本体３２の引出し電極３８ａとベース基体５４の電極部２５の間には金属バンプ５１ａが介在されることで、振動片本体３２とベース基体５４およびその実装端子２６，２７とが電気的に接続されている。なお、振動片本体３２の引出し電極３８ａとベース基体５４の電極部２５の間の電気的接続には、金属バンプ以外にも、ろう材などを用いることができるが、金属バンプとする方が、限られたスペースを用いて、より簡単に電気的接続を実現できる。
【００３７】
図４を参照して、振動片本体３２を詳しく説明する。
好ましくは、図４に示すように、基部５１には、基部５１の振動腕側の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部５１の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部７１，７２を設けている。切り込み部７１，７２の深さ（図４の寸法ｑ）は、例えば、それぞれ近接する振動腕３５，３６の外側の側縁と一致する程度まで縮幅されると好ましく、例えば３０μｍ程度とすることができる。
これにより、振動腕３５，３６が屈曲振動する際に振動漏れが基部５１側に漏れ、枠部５３に伝搬することを抑制し、ＣＩ値を低く抑えることができる。
切り込み部７１，７２の深さ寸法を大きくすると、振動漏れの低減には有効であっても、基部５１自体の剛性が必要以上に低下し、振動腕３５，３６の屈曲振動の安定性を害する。
【００３８】
そこで、本実施形態では、基部５１の幅方向の中心付近であって、枠部５３が基部５１に対して一体に接続されている接続部５３ａよりも振動腕３５，３６寄りの位置に貫通孔８０を形成するようにしている。
貫通孔８０は、基部５１の表裏に貫通する例えば矩形の孔であり、孔形状はこれに限らず、円形や楕円、正方形などでもよい。
これにより、切り込み部７１，７２をより深く形成することに比べて、基部５１の剛性を大きく低下させることなく、より一層振動漏れを抑制して、ＣＩ値を低減することができる。
【００３９】
ここで、貫通孔８０の基部５１幅方向の長さｒは５０μｍ程度が好ましいが、貫通孔８０の寸法ｒと上記切り込み部７１の深さｑとの寸法ｅに対する割合、すなわち（ｒ＋ｑ）／ｅは、３０パーセントないし８０パーセントとされることで、振動漏れ低減と、枠部５３を介した接合箇所の影響を低減する上で効果がある。
左の切り込み部ｑ、右の切り込み部ｑ２とすると、（ｒ＋ｑ＋ｑ２）／ｅ＝３０パーセント程度とするのが好ましい。
また、本実施形態では、パッケージ寸法を小型にするために、基部５１の側面と枠部５３の間隔（寸法ｐ）を３０μｍないし１００μｍとしている。
【００４０】
また、本実施形態では、図４に示すように、上述した枠部５３が延びる箇所、すなわち、基部５１の他端部５３ａ（接続部）は、振動腕３５，３６の付け根部５２よりも十分離れた距離ＢＬ２を有するようにされている。
この距離ＢＬ２は、好ましくは、振動腕３５，３６の腕幅寸法ｃ（Ｗ２）の大きさを超える寸法とされている。
すなわち、音叉型振動片の振動腕３５，３６が屈曲振動する際に、その振動漏れが基部５１に向かって伝えられる範囲は、振動腕３５，３６の腕幅寸法Ｗ２と相関がある。本発明者はこの点に着目し、枠部５３の基端となる箇所を適切な位置に設けなければならないという知見を持った。
【００４１】
そこで、本実施形態では、枠部５３の基端となる箇所５３ａ（接続部）について、振動腕の付け根部５２を起点として、振動腕の腕幅寸法Ｗ２の大きさに対応した寸法を超える位置を選択することで、振動腕３５，３６からの振動漏れが、枠部５３側に伝搬することを、より確実に抑制する構造とすることができたものである。したがって、ＣＩ値を抑制して、かつ後述する枠部５３で固定接合することによる作用効果を得るためには、５３ａの位置を振動腕３５，３６の付け根部（すなわち、基部５１の一端部である）５２の箇所から上記ＢＬ２の距離だけ離すことが好ましい。
【００４２】
同様の理由により、切り込み部７１，７２が形成される箇所も、振動腕３５，３６の付け根部５２の箇所から振動腕３５，３６の腕幅寸法Ｗ２の大きさを超える箇所とするのが好ましい。このため、切り込み部７１，７２は、枠部５３が基部５１に対して一体に接続されている箇所を含んで、そこよりも振動腕寄りの位置に形成される。
また、好ましくは、切り込み部７１，７２の位置が、前記付け根（根元）の箇所から前記腕幅寸法Ｗ２×１．２以上離れた位置に形成することで、ドライブレベル特性を正常な圧電振動片のレベルに適合させることができることが確認されている。
【００４３】
かくして、この実施形態では、振動腕の腕幅Ｗ２が４０ないし６０μｍ程度、振動腕どうしの間隔ｋ（ＭＷ２）が５０ないし１００μｍ程度である。
また、この実施形態では、枠部５３のＹ方向の幅寸法ｓが１００μｍ程度、Ｘ方向の幅寸法ｆは２００μｍであり、枠の幅寸法は５０μｍないし３００μｍとすることが好ましい。すなわち、枠の幅寸法に関しては、ｆ寸法よりもｓ寸法を小さくする方が好ましい。
振動片本体３２は、小型化した場合、寸法バランスにおいて、長さ方向（Ｙ方向）の寸法が大きくなることから、枠付き振動片５５を小さくするためには、ｓ寸法が小さい方がよい。また、枠部５３は接合部となることからｆ寸法を大きくして、枠部５３に働く応力を小さく抑えることができる。
本実施形態は、上記のように寸法を決めて、小型化をはかりつつ、以下のような作用効果を得ることができる。
【００４４】
図１の振動片本体３２においては、従来のように圧電振動片をパッケージに対して接着して接合するのではなく、枠部５３を介して、パッケージと一体にされている。このため、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として、その接合箇所に生じた応力変化が、枠部５３と、基部５１の他端部５３ａまでの屈曲した距離と、さらには、距離ＢＬ２を超える基部５１の長さ分の距離を隔てて振動腕３５，３６に影響を与えることはほとんどなく、このため、特に温度特性が良好となる。
しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕３５，３６からの振動漏れは、基部５１を隔てた枠部５３に達するまでに距離ＢＬ２を超える基部５１の所定長さを隔てていることから、ほとんど及ぶことがない。
【００４５】
ここで、基部５１の長さが極端に短いと、屈曲振動の漏れた成分が枠部５３の全体に拡がり、制御が困難となる事態が考えられるが、この実施形態では、そのような事態が十分に回避される。
そして、このような作用を得ることができる上に、枠部５３は基部５１の他端部５３ａ（接続部）で結合されていて、パッケージ５７と一体になる構成としたから、全体の大きさをコンパクトにすることができる。
【００４６】
さらに、図１４の構成と比較して、容易に理解されるように、図１３では、互いに接近した引き出し電極５と引き出し電極６に、導電性接着剤７，８を塗布して接合する構造であるから、これらが接触しないように、短絡を避けてきわめて狭い範囲に接着剤を塗布（パッケージ側）したり、接合後も硬化前に接着剤が流れて短絡しないようにしながら接合工程を実行しなければならず、容易な工程ではなかった。
これに対して、図１の振動片本体３２では、一体の枠部５３が後述する工程でパッケージと一体に接合されるので、上述のような困難さがほとんどなく、また、短絡の心配もないものである。
【００４７】
図５は、図４のＡ−Ａ線切断端面図であり、振動腕３６の切断端面について、図示の便宜と理解の便宜のために、励振電極を省略して図示したものである。なお、図示は省略するが、振動腕３５の切断端面も同じ形態であり、重複した説明を省略して、振動腕３６についてだけ説明する。
既に説明したように、振動腕３６の主面、すなわち、この実施形態では、表面と裏面（上面と下面）には、それぞれ長手方向に沿って延びる長溝３４，３４が形成されている。ここで、図示の破線ＫＬは、振動腕３５の腕幅寸法ｃに関する中心位置を示している。
【００４８】
ここで、本実施形態の圧電振動片は、後述する製造工程において、圧電材料のうち、圧電基板として、例えば、振動片本体３２を枠部５３と一体に複数もしくは多数分離することができる大きさの素子層である水晶ウエハを用いて形成されている。すなわち、後述する工程でも言及する素子層は、図４に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光学軸となるように、圧電材料、例えば水晶の単結晶から切り出されることになる。また、上記水晶ウエハは、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度ないし５度（図１２のθ）の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板を所定の厚みに切断研磨して得られるものを用いる。
【００４９】
図５に示すように、振動腕３６においては、長溝３４を挟む両側の壁の厚み寸法ＨＫ２とＭＫ２は、マイナスＸ軸側であるＨＫ２の方が大きい。このため、振動腕３６の重心は、上記中心線ＫＬよりも明らかにマイナスＸ軸側にある。
そこで、この実施形態では、長溝３４，３４を形成する位置を変更して、この長溝３４，３４（の幅寸法の中心位置）を従来よりもマイナスＸ軸側に偏心させている。
その理由は、図５のような振動腕３６で、従来のように、長溝３４の幅方向の中心位置を腕幅の幅方向の中心位置と一致させてしまうと（図１３参照）該長溝３４の幅方向の中心が重心位置を通らないことになり、振動腕の屈曲振動を阻害してしまう。
そこで、上述のように、長溝３４の幅寸法の中心位置ＭＣをマイナスＸ軸方向に偏心させることにより、この長溝３４の幅寸法の中心位置ＭＣは、より振動腕の幅方向の重心位置に接近し、振動腕の左右の重量バランスを調整することができる。これにより、圧電振動片を小型にして、長溝の溝幅を小さくし、かつヒレ８１（後述）を小さくしても、振動腕の安定した屈曲振動を実現でき、ドライブレベル特性に優れた振動片本体３２を提供することができる。
【００５０】
ここで、このような構造を実現するためには、後述する長溝のエッチング（ハーフエッチング）工程において、従来のように、該ハーフエッチングの領域を中心線ＫＬを中心として行うのではなく、例えば、エッチング用のマスクをマイナスＸ軸側にＣＷの距離だけずらして、ハーフエッチングするとよい。
この場合、長溝３４，３４の形成後においては、図６に示すように、振動腕３６に形成された長溝３４の外縁と、該振動腕３６の外縁との間隔の寸法に関して、プラスＸ軸側の該間隔寸法ｍ１が、マイナスＸ軸側の該間隔寸法ｍ２よりも大きくなるようにしている。すなわち、この振動腕３６に形成された長溝３４の外縁と、該振動腕３６の外縁との間隔の寸法は、プラスＸ軸側とマイナスＸ軸側にて、それぞれ確実に設ける必要があり、これによって、電極の分極を確実にすることができる。しかしながら、この寸法は、長溝３４，３４のハーフエッチングによる形成時に、マスクを配置する位置を工夫し、プラスＸ軸側の該間隔寸法ｍ１が、マイナスＸ軸側の該間隔寸法ｍ２よりも大きなものとされることにより、長溝の幅寸法の中心位置をマイナスＸ軸方向にずらす上記構成を適切に実現できるものである。
具体的には、振動腕３６の重心は、上記中心線ＫＬよりも３μｍ程度マイナスＸ軸側にある場合に、長溝３４の中心位置をマイナスＸ軸側にずらし、振動腕３６の重心と上記中心線ＫＬを合わせようとすると、図５の寸法ｍ２が極端に小さくなってしまう。そうなると、この部分での電極分離が難しくなる。そこで、長溝３４のマイナスＸ軸側への偏心（位置ずらし）を１μｍないし３μｍ程度とすることで、このような弊害もなく、比較的安定した屈曲振動を得られる。
【００５１】
次に、本実施形態の振動片本体３２の好ましい詳細構造について説明する。
図４に示す振動片本体３２の各振動腕３５，３６は同じ形状であるから、振動腕３６について説明すると、基部５１から各振動腕が延びる基端部Ｔでは、振動腕幅ｃが最も広い。そして、振動腕３６の付け根部であるこのＴの位置から振動腕３６の先端側に僅かな距離だけ離れたＵの箇所の間において、急激に縮幅する第１の縮幅部ＴＬが形成されている。そして第１の縮幅部ＴＬの終端であるＵの位置から、振動腕３６のさらに先端側に向かってＰの位置まで、すなわち、振動腕に関して、ＣＬの距離にわたって、徐々に連続的に縮幅する第２の縮幅部が形成されている。
【００５２】
このため、振動腕３６は基部に近い付け根付近が、第１の縮幅部ＴＬを設けることにより、高い剛性を備えるようにされている。また、第１の縮幅部の終端Ｕから先端に向かうにつれて、第２の縮幅部ＣＬを形成したことにより、連続的に剛性が低くなるようにされている。Ｐの箇所は腕幅の変更点Ｐであり、振動腕３６の形態上くびれた位置であるから、くびれ位置Ｐと表現することもできる。振動腕３６においては、この腕幅の変更点Ｐよりもさらに先端側は、腕幅が同じ寸法で延長されるか、好ましくは図示のように徐々に僅かに拡大している。
【００５３】
ここで、図４の長溝３３，３４が長い程、振動腕３５，３６を形成する材料について電界効率が向上する。ここで、振動腕の全長ｂに対して、長溝３３，３４の基部５１からの長さｊが、少なくともｊ／ｂ＝０．７程度までは、長くするほど音叉型振動片のＣＩ値は下がることがわかっている。このため、ｊ／ｂ＝０．５ないし０．７であることが好ましい。この実施形態では、図４において、振動腕３６の全長ｂは、例えば１１００μｍ乃至１４００μｍ程度である。
【００５４】
また、長溝の長さを適切に長くして、十分にＣＩ値の抑制をはかるようにした場合、次に振動片本体３２のＣＩ値比（高調波のＣＩ値／基本波のＣＩ値）が問題となる。
すなわち、基本波のＣＩ値が低減されると同時に、高調波のＣＩ値も抑制され、該高調波のＣＩ値が、基本波のＣＩ値よりも小さくなると、高調波により発振しやすくなってしまう。
そこで、長溝を長くしてＣＩ値を低くするだけでなく、さらに、腕幅の変更点Ｐについても振動腕の先端よりに設けることで、ＣＩ値を低減しつつ、さらにＣＩ値比（高調波のＣＩ値／基本波のＣＩ値）を大きくすることができる。
すなわち、振動腕３６ではその根本部分、つまり、付け根付近が、第１の縮幅部ＴＬにより、剛性が強化されている。これにより、振動腕の屈曲振動を一層安定させることができ、貫通孔８０を形成したことと相俟って、ＣＩ値の抑制をはかることができる。
【００５５】
しかも、第２の縮幅部ＣＬを設けたことで、振動腕３６は、その付け根付近から、先端側に向かって、腕幅の変更点であるくびれ位置Ｐまで、徐々に剛性が低下し、くびれ位置Ｐからさらに先端側では、長溝３４が無く、腕幅ｃを徐々に拡大させていることから、剛性は先端側にいくに従って高くされている。
このため、２次の高調波における振動の際の振動の「節」を、振動腕３６のより先端側に位置させることができると考えられ、このことにより、長溝３４を長くして圧電材料の電界効率を上げても、基本波のＣＩ値を抑制しながら、２次の高調波のＣＩ値の低下を招くことがないようにすることができる。このことから、図４に示すように、好ましくは腕幅の変更点Ｐを長溝の先端部よりも、振動腕の先端側に設けることで、ほぼ確実にＣＩ値比を大きくして、高調波による発振を防止できる。
【００５６】
さらに、本発明者の研究によると、振動腕の全長ｂに対して、長溝３３，３４の基部５１からの長さをｊとしたときの、上記ｊ／ｂと、振動腕３６の最大幅／最小幅の値である腕幅縮幅率Ｍと、これらに対応したＣＩ値比（＝第２高調波のＣＩ値／基本波のＣＩ値）とは相関がある。
上記ｊ／ｂ＝６１．５パーセントとした場合、振動腕３６の最大幅／最小幅の値である腕幅縮幅率Ｍを１．０６よりも大きくすることにより、ＣＩ値比を１より大きくすることができ、高調波による発振を防止することができることが確認されている。
かくして、全体を小型化しても、基本波のＣＩ値を低く抑えることができ、ドライブレベル特性が悪化することがない圧電振動片を提供することができる。
【００５７】
次に、振動片本体３２のさらに好ましい構造について説明する。
図６の寸法ｘで示すウエハ厚み、すなわち、圧電振動片を形成する水晶ウエハの厚みは、７０μｍないし１３０μｍが好ましい。
図４の寸法ａで示す振動片本体３２の全長は、１５００μｍないし１８００μｍ程度である。振動腕の全長である寸法ｂは、１１００ないし１４００μｍとし、圧電デバイス３０の全幅ｄは、４００μｍないし６００μｍとすることが、圧電デバイスの小型化の上で好ましい。このため、音叉部分の小型化のためには、基部５１の幅寸法ｅは２００ないし４００μｍである。
【００５８】
また、図４の振動腕３５と３６の間の寸法ｋは、前述したように５０ないし１００μｍとするのが好ましく、例えば８４μｍである。寸法ｋが５０μｍより少ないと、振動片本体３２の外形を、後述するように、水晶ウエハをウエットエッチングにより貫通させて形成する場合に、エッチング異方性に基づく異形部、すなわち、図６の符号８１で示した振動腕側面におけるプラスＸ軸方向へのヒレ状凸部を、十分に小さくすることが困難になる。寸法ｋが１００μｍ以上となると、振動腕の屈曲振動が不安定になるおそれがある。
さらに、図５の振動腕３５（振動腕３６も同じ）における長溝３３の外縁と振動腕の外縁との寸法ｍ１，ｍ２は、ともに３ないし１５μｍとするとよい。寸法ｍ１，ｍ２は１５μｍ以下とすることで、電界効率が向上し、３μｍ以上とすることで、電極の分極が確実に行われるのに有利である。
【００５９】
図４の振動腕３６において、第１の縮幅部ＴＬの幅寸法ｎが１１μｍ以上あると、ＣＩ値の抑制に確実な効果が期待できる。
図４の振動腕３６において、腕幅の変更点Ｐよりも先端側が拡幅している拡幅度合いが、振動腕３６の腕幅が最小とされている箇所である該腕幅の変更点Ｐの箇所の幅に対して、０ないし２０μｍ程度の増加とするのが好ましい。これを超えて拡幅されると、振動腕３６の先端部が重くなりすぎて、屈曲振動の安定性を損なうおそれがある。
【００６０】
また、前述のように、図６における振動腕３５（振動腕３６も同じ）の外側の一側面に、プラスＸ軸方向にヒレ状に突出する異形部８１が形成されている。これは、圧電振動片をウエットエッチングして外形形成する際に、水晶のエッチング異方性によりエッチング残りとして形成されるものであるが、好ましくは、フッ酸とフッ化アンモニウムによるエッチング液中で、９時間ないし１１時間エッチングすることにより、該異形部８１の突出量ｖを５μｍ以内に低減することが、電界効率を向上させ低いＣＩ値とする上で好ましい。
【００６１】
図４の寸法ｇで示す長溝の幅寸法は、振動腕の該長溝が形成されている領域において、振動腕の腕幅ｃに対して、６０ないし９０パーセント程度とするのが好ましい。振動腕３５，３６には、第１および第２の縮幅部が形成されているので、腕幅ｃは振動腕の長さ方向の位置により異なるが、振動腕の最大幅に対して、長溝の幅ｇは６０ないし９０パーセント程度となる。これより長溝の幅が小さくなると、電界効率が下がり、ＣＩ値の上昇につながる。
また、長溝３３，３４の基部５１側端部の位置は、図４において振動腕３５，３６の付け根、すなわちＴの位置と同じか、それより僅かに振動腕先端側であって、第１の縮幅部ＴＬが存在する範囲内であることが好ましく、特にＴの位置よりも基部５１の基端側に入り込まないようにすることが好ましい。
【００６２】
図７は、本実施形態の圧電デバイス３０を利用して圧電発振器を構成する場合の発振回路の例を示す回路図である。
発振回路９１は、増幅回路９２と帰還回路９３を含んでいる。
増幅回路９２は、増幅器９５と帰還抵抗９４を含んで構成されている。帰還回路９３は、ドレイン抵抗９６と、コンデンサ９７，９８と、振動片本体３２とを含んで構成されている。
ここで、図７の帰還抵抗９４は、例えば１０ＭΩ（メガオーム）程度、増幅器９５はＣＭＯＳインバータを用いることができる。ドレイン抵抗９６は、例えば２００ないし９００ｋΩ（キロオーム）、コンデンサ９７（ドレイン容量）と、コンデンサ９８（ゲート容量）は、それぞれ１０ないし２２ｐＦ（ピコファラド）とすることができる。
【００６３】
本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されており、圧電振動片としての振動片本体３２を納めるパッケージ５７がベース基体５４と、その上に重ねられる枠付き振動片５５の枠部５３とにより形成され、その上にリッド５６を重ねて気密に封止する構造である。
このため、振動片本体３２は、枠部５３に一体に形成されているため、パッケージ５７に接着剤などを用いて固定する必要がなく、小型に形成しても接合の困難さはない。
また、ベース基体５４と、該ベース基体に積層固定される枠付き振動片５５と、該枠付き振動片５５に積層固定されるリッド５６が同じ材料で形成されているから、これらを積層状態で接合した場合にも温度環境の変化により接合部に応力がかかることもない。
【００６４】
しかも、後述する製造工程で説明するように、ベース基体５４と、枠付き振動片５５と、リッド５６の各接合面に、例えばプラズマを照射することにより、接合面の表面を活性化（表面活性化接合）させることで、同じ材料どうしでも適切に接合でき、接合時に加熱を要しないので、熱による悪影響をなくした構造を実現することができる。
かくして、小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない圧電デバイス３０を提供することができる。
【００６５】
（圧電デバイスの製造方法の第１の実施形態）
次に、図８のフローチャートおよび図９の工程図（一部）を参照しながら、上述の圧電デバイス３０の製造方法の第１の実施形態を説明する。
圧電デバイス３０の製造工程は前工程と、後工程とを有している。
（前工程）
圧電デバイス３０の製造方法における前工程は、複数のベース基体５４を一度に形成するベース基体層の形成工程と、複数の枠付き振動片を一度に形成するための素子層の形成工程と、複数のリッドを一度に形成するためのリッド層の形成工程とを含んでいる。これらのベース基体層の形成工程と、素子層の形成工程と、リッド層の形成工程は、それぞれ別々に行われる工程である。すなわち、前工程は組み立ての準備工程であり、複数の工程が並列的に行われる。ただし、これらは、ほぼ同様な手法を用いて行われるので、まとめて説明する。
【００６６】
図９において、ベース基体層５４−１は複数もしくは多数のベース基体５４が縦横に配置された状態のウエハである。素子層５５−１は複数もしくは多数の枠付き振動片５５が縦横に配置された状態のウエハである。リッド層５６−１は複数もしくは多数のリッド５６が縦横に配置された状態のウエハである。これらは、全て、詳しく上述した同じ水晶ウエハである。
リッド層５６−１に関しては、例えばドライエッチングやウエットエッチングにより、多数の凹部５６ａを同時に形成することができる。
同様に、ベース基体層５４−１については、多数の凹部５４ａを上記同様にエッチングにより同時に形成し、さらに、エッチングを行い、多数の貫通孔２２を同時に形成する。
なお、ベース基体層５４−１に関しては、図１の導電スルーホールをエッチングで形成し、さらに、クロムと、金を順次蒸着やスパッタリング、メッキなどにより成膜することで、各電極部２３，２４，２５や導電パターン２４ａ、実装端子２６，２７などを形成することができる。実装端子２６，２７の場合、スパッタリングによりでクロムを成膜し、金でパターニング後にニッケルメッキ、さらにその上層に金をメッキすることで形成できる。
【００６７】
素子層５５−１の加工については、図８を参照して説明する。
素子層５５−１を形成するための水晶ウエハを用意し、たとえば、フッ酸溶液によるエッチングを行い、図４で説明したような外形を形成することができる（ＳＴ１１）。
次いで、図４で説明した長溝３３，３４をハーフエッチングにより形成し（ＳＴ１２）、続いて、駆動用の電極としての励振電極３７，３８および引出し電極３７ａ，３８ａを形成するための電極形成工程を行う（ＳＴ１３）。
電極膜は、例えば、下地層と電極層からなり、下地層としてはクロムやニッケルが適しており、電極層としては金が適している。これらは、例えば、順次スパッタリングや蒸着の手法により形成することができる。さらに、振動片本体３２の各振動腕３５，３６の先端部に、さらにスパッタリングを継続する等して、図１で説明した周波数調整用の錘用電極２１を成膜する（ＳＴ１４）。
【００６８】
次いで、接合前の素子層５５−１に、通電して所定の駆動電圧を印加することによって、励振により出力される周波数をモニタしながら、電極を付加し、あるいはレーザ光などによりトリミングすることで、周波数の粗調整を行う（ＳＴ１５）。なお、先に説明したように、素子層５５−１とは別にベース基体層５４−１に電極部を形成しておく（ＳＴ１６）。
【００６９】
（接合工程）
（表面活性化工程）
本発明では、接合工程に先行して表面活性化処理を行う。
すなわち、この種の接合に際しては、従来、陽極接合などの加熱下での接合がなされていた。「陽極接合」は、表面どうしを密着させて固相のまま接合する手法で、接合面どうしの間に静電引力が発生し、互いに密着して、強電界によりガラス側から電極側へイオンの移動が進み、界面で電極側の原子と共有結合を生じて、結合が行われると考えられている。したがって、電界が作用することで、イオンを生成するガラスなどの材料と、金属膜同士を接合するもので、同じ材料どうしを接合することができない。
また、加熱下で接合が行われるので、熱と電界が作用する環境を形成する必要があり、面倒であるだけでなく、接合後の熱応力の残留が、製品に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００７０】
これに対して、表面活性化接合は、接合面どうしの表面を活性化して、接合するものである。具体的には、例えば酸化膜や吸着されている水分子、有機物分子などの汚れ、すなわち表面層を除いて接合の障害物を除去（物理処理工程）する。さらに接合面を改質して、活性化（化学処理工程）することで、各接合面に対して「結合手」としてのＯＨ基の付着を行い、各接合面を接触させるものである。このため、必ずしも加熱を要しない（加熱が許される環境であれば、加熱をすることもできる）し、強電界が不要であって、陽極接合の欠点が表面活性化接合にはないだけでなく、同じ材料どうしを接合できるという優れた特徴を有している。
【００７１】
このため、接合する各層の接合面にプラズマを照射する（ＳＴ１７）。
具体的には、図９のベース基体層５４−１と、素子層５５−１とを、例えば真空チャンバーに収容し、所定のマスキングをして、互いに接合される各層の接合面を露出させる。
プラズマ処理の方式としては、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を採用することができ、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型ＲＩＥ炉、ＳＷＰ（Surface Wave Plasma  ）型ＲＩＥ炉が好適に使用できる。
主として表面の汚染を除去する物理処理には、Ａｒ、ＣＦ４、Ｎ２の各ガスを使用したプラズマを生成することで処理可能である。
主として上記活性化すなわち、化学処理のためには、Ｏ２、Ｏ２＋ＣＦ４、Ｏ２＋Ｎ２の各ガスを使用したプラズマを生成することで処理可能である。
【００７２】
本実施形態では、物理処理として、Ａｒガスを真空チャンバー内に導入し、真空チャンバー内の真空度を２０乃至３０Ｐａｓ程度として１分程度の時間プラズマ処理した。
また、化学処理として、Ｏ２＋Ｎ２ガスを真空チャンバー内に導入し、真空チャンバー内の真空度を２０乃至３０Ｐａｓ程度として１分程度の時間プラズマ処理した。
【００７３】
次に、プラズマ照射して表面が活性化されたベース基体層５４−１と、素子層５５−１の各接合面を合わせて、大気中において、アライメントし、例えば、１００度（摂氏）（なお、以下の温度表示は全て「摂氏」）程度の加熱下で、加圧し接合する（ＳＴ１８）。すなわち、この工程は、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１とを接合するだけでなく、図１および図２で説明した金属バンプ５１ａの加熱・加圧接合を兼ねている。
【００７４】
次に、真空中で素子層５５−１と、リッド層５６−１とを接合するための各接合面に、真空中でプラズマ照射を行う（ＳＴ１９）。
このプラズマ照射はＳＴ１７で説明した手法と同じである。
続いて、プラズマ照射して表面が活性化された素子層５５−１とリッド層５６−１の各接合面を対向させて、大気中にて、互いに所定のギャップを隔てて所定の治具にセットする（ＳＴ２０）。
【００７５】
上記治具を真空チャンバー内に入れて、１０−５Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、２００ないし２５０度程度の温度で３０分程度の加圧を行う（ＳＴ２１）。
これにより、接合が行われる。なお、接合を真空中で行うことで、次の利点がある。
すなわち、真空下で加圧接合して、パッケージ内を高い精度で真空封止することにより、収容される圧電振動片の振動性能が損なわれることがないから、実用レベルの低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を達成することができる。
そして、図９の各層が全て接合されたので、ベース基体層５４−１の底面（裏面）に、図３（ｂ）で説明した実装端子２６，２７を形成する。この場合、ニッケルの下地層に金をメッキすることで形成できる（ＳＴ２２）。
【００７６】
次に、図９において、各層に縦横に記載されている鎖線に沿う切断線に従って、切断する（切断工程）（ＳＴ２３）。
【００７７】
最後に個々の圧電デバイス３０のリッドを透過するようにして、外部から例えばレーザ光を照射して振動片本体３２の各振動腕の先端部の錘用電極２１をトリミングし、周波数削減形式の周波数調整（微調）を行う（ＳＴ２４）。
以上により、圧電デバイス３０が完成する。
【００７８】
本実施形態の製造方法によれば、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１の各接合面に予めプラズマ等を照射することにより、該接合面の表面を活性化させることで、同じ材料どうしでも適切に接合する構造を実現することができる。そして、接合後ダイシングなどによる切断工程を実行することで、多数の圧電デバイス３０を一度に効率よく生産でき、しかも、小型化を進める上で、ドライブレベル特性が良好で、収容体の接合部に応力が残留せず、特性悪化要因を残すことがない製造方法を提供することができる。
【００７９】
（圧電デバイスの製造方法の第２の実施形態）
次に、図１０のフローチャートを参照しながら、上述の圧電デバイス３０の製造方法の第２の実施形態を説明する。
圧電デバイス３０の製造工程における前工程と、ＳＴ１１ないしＳＴ１６の工程は第１の実施形態と同じであり、その他の工程についても第１の実施形態と共通する説明は省略して、以下、相違点を中心に説明する。
【００８０】
（接合工程）
（表面活性化工程）
この実施形態で行う表面活性化工程は第１の実施形態と同じである。
図９のベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１の全てを例えば真空チャンバーに収容し、所定のマスキングをして、互いに接合される各層の接合面を露出させ、プラズマを照射する（ＳＴ３１）。
【００８１】
次に、プラズマ照射後の接合面の表面が活性化されたベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１を真空チャンバーから取り出し、互いに所定のギャップを隔てるようにして、大気中で所定の治具にセットする（ＳＴ３２）。
上記治具を真空チャンバー内に入れて、１０−５Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、２００ないし２５０度程度の温度で３０分程度の加圧を行う。これにより、接合が行われる。この工程は、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１とを接合するだけでなく、図１および図２で説明した金属バンプ５１ａの加熱・加圧接合を兼ねている（ＳＴ３３）。
以降の工程は、第１の実施形態におけるＳＴ２２以降の工程と同じである。
【００８２】
第２の実施形態は以上のように構成されており、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１の全てを同時に表面活性化するので、その分効率がよい。
その他の点では、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００８３】
（圧電デバイスの製造方法の第３の実施形態）
次に、図１１のフローチャートを参照しながら、上述の圧電デバイス３０の製造方法の第３の実施形態を説明する。
圧電デバイス３０の製造工程における前工程と、ＳＴ１１ないしＳＴ１６の工程は第１の実施形態と同じであり、その他の工程についても第１の実施形態と共通する説明は省略して、以下、相違点を中心に説明する。
【００８４】
図９のベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１とを、例えば真空チャンバーに収容し、所定のマスキングをして、互いに接合される各層の接合面を露出させる。この露出させた接合面にプラズマを照射する（ＳＴ４１）。
プラズマの照射条件等は第１の実施形態と同じである。
【００８５】
続いて、プラズマ照射して表面が活性化されたベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１の各接合面を対向させて、大気中にて、互いに所定のギャップを隔てて所定の治具にセットし、加熱・加圧する。この工程は、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１とを接合するだけでなく、図１および図２で説明した金属バンプ５１ａの加熱・加圧接合を兼ねている（ＳＴ４２）。
【００８６】
図９の各層が全て接合されたので、ベース基体層５４−１の底面（裏面）に、図３（ｂ）で説明した実装端子２６，２７を形成する（ＳＴ４３）。
続いて、例えば、３つの層が接合された状態で、例えばこれを真空チャンバー内で、逆さにして、各貫通孔２２に金ゲルマニウムなどの金属ボールをそれぞれ載置し、加熱下で各金属ボールに順次、もしくは同時にレーザ光などを当てて金属ボールを溶融し、貫通孔２２に溶融金属を充填すると同時に、パッケージ５７内部のガスを貫通孔２２から排出する（孔封止）。これにより、パッケージ５７が気密に封止される（ＳＴ４４）。
これに続くＳＴ４５，ＳＴ４６は、それぞれ第１の実施形態のＳＴ２３、ＳＴ２４と同じである。
【００８７】
第３の実施形態は以上のように構成されており、ベース基体層５４−１と、素子層５５−１と、リッド層５６−１の全てを同時に表面活性化するので、その分効率がよい。また、孔封止工程（ＳＴ４４）を行うようにしたので、振動片本体へのガスの付着を防止できるので、製品品質が向上する。
その他の点では、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００８８】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。さらに、振動片本体３２では、一対の振動腕を形成しているが、これに限らず、振動腕は３本でも、４本以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略断面図。
【図２】枠付き振動片の図。
【図３】ベース基体の図。
【図４】図２の枠付き振動片の詳細な概略平面図。
【図５】図４の振動腕部分のＡ−Ａ線切断端面図。
【図６】図４のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図７】本実施形態の圧電デバイスを利用して圧電発振器を構成する場合の発振回路の例を示す回路図。
【図８】図１の圧電デバイスの製造方法の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図９】図１の工程の一部を示す分解斜視図。
【図１０】図１の圧電デバイスの製造方法の第２の実施形態を示すフローチャート。
【図１１】図１の圧電デバイスの製造方法の第３の実施形態を示すフローチャート。
【図１２】水晶Ｚ板の座標軸を示す図。
【図１３】従来の圧電振動片の概略平面図。
【符号の説明】
【００９０】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・振動片本体、３３，３４・・・長溝、３５，３６
・・・振動腕、５３・・・枠部、５４・・・ベース基体、５５・・・枠付き振動片、５６・・・リッド、７１，７２・・・切り込み部、８０・・・貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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